倪小龙：万亿级氢能市场爆发，传感器机会有多大？

近年来，氢能作为一种清洁、高效、可持续的二次能源，正逐渐被约40个国家视为气候友好型能源解决方案的重要选项。我国各部委已密集出台各项氢能支持政策，产业集群不断壮大，氢能产业发展已具燎原之势。

值得注意的是，氢气作为一种容易泄漏的气体，常态下极易燃烧和爆炸。如何在制、储、运、用等环节中，利用氢气传感器等检测仪器又好又快满足本土产业需要成为关注焦点。

一方面，由于国内氢能产业处于起步阶段，纯国产化产品从零开始开发到成熟，需要很长的周期，需要大量的试错积累；另一方面逐渐铺开的市场需要合格的设备和工艺，也需要快速交付。

在此背景下，借助“中德2+2”氢气传感器合作项目这一契机，山东西微信息技术有限公司（简称“山东西微”）联合北京理工大学前沿技术研究院（简称“北理工前沿技术研究院”），积极引进国外先进技术，通过消化、吸收和转化，走出了一条为本土氢能安全和高效发展赋能的新途。

那么，氢气传感器的发展现状如何？本土氢气传感器企业与国外相比有何差距？山东西微的氢气检测产品有何竞争优势？未来有哪些发展方向？围绕以上种种问题，感知芯视界编辑部日前采访了北理工前沿技术研究院传感智能技术创新中心主任、山东西微董事倪小龙，和他聊聊“氢风来袭”下的独家见解和观点。

 

 

图：北理工前沿技术研究院传感智能技术创新中心主任、山东西微董事倪小龙

倪小龙，高级工程师，1984年于东南大学（原南京工学院）无线电工程系毕业后，先后在江苏某工厂、研究所工作，参与了多项国家与行业电子标准的制修订。1998年后，长期在工业和信息化部（信息产业部）科技司高技术处，进行信息产业相关科技规划编制、重大项目管理、推进技术创新和产学研相结合等工作。

氢能安全发展 氢气传感器价值凸显

氢能源被誉为21世纪最清洁能源。追溯氢能发展历史，其第一波热潮是1973年石油危机引发的替代能源研究。第二波则是上世纪90年代，由于石油价格上涨严重，氢能再次作为替代燃料被关注。但后来随着石油价格的下跌，氢能的热度自然下滑。

但近些年的氢能逐渐成为世界能源的“新宠”，与前两次显然有一个关键的不同点。倪小龙谈到，“为实现可持续发展，全球正在积极应对气候变化。氢能是很多国家实现脱碳目标的重要方案，是解决气候问题的关键拼图。”

近年来，日本、美国、欧盟、韩国等国家和地区逐步明确了氢能在国家能源体系中的战略地位。我国国家发改委、国家能源局于2022年3月发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，正式将氢从危化品定义为未来重要的能源载体。

业界称2022年是氢能爆发元年，氢能相关的地方性产业政策、项目投资、研究报告都呈指数级增长。倪小龙认为，“不管是从投资、科技创新角度，还是拉动地方经济发展角度，氢能产业都是亮点和重点。”

同时，他也提醒道，“氢气分子很小，在生产、储存、运输和使用的过程中容易泄漏。在空气中氢气浓度在4%—75%范围内极易发生爆炸，需要实时掌握氢气各方面的数据。而任何一个数据的产生都离不开传感器。氢气传感器是氢能领域的关键零部件之一。”

 

 

图：山东西微氢气泄露检测仪应用

目前，典型测氢气的传感技术主要运用了红外线、金属氧化物半导体、催化法等方法。倪小龙介绍道，这几种方式各有优缺点。

红外线传感器，是用红外光谱分析的方式来监测，运用红外光源照射管线中的气体，并在管线另一侧查看光线或是光谱是否出现变化，优点是精度高，但成本比较高，一般只在实验室作为研究设备来使用。

金属氧化物半导体（MOS）氢气传感器，其金属氧化物层的电阻随温度和周围空气中的氢含量而变化。从测量的角度来说，它比红外传感器的准确度略低，但利用MEMS工艺规模化量产后，整体上性价比更高。

催化法传感器可稳定并快速检测浓度在4%以内的氢气，但对可燃性气体的选择性较差，易受抑制剂影响，且需较高的工作温度，响应时间比较长，难以满足氢能应用领域极高的安全与可靠性要求。

随着碳中和能源变革契机的到来，研究机构Reports and Insights去年7月发布氢气传感器研究报告估计，到2022 年底，全球氢传感器市场价值将达到3.88 亿美元 ，预计到 2030 年将达到 6.85 亿美元 ，复合年增长率为 7.4%。

当国内各地发展氢能产业集群，把氢能做为重点战略，那是不是本土氢气传感器就可以一飞冲天了呢？

倪小龙认为，“本土研究人员已成功开发多种基于不同工作原理的氢气传感器，还有许多具有潜力的氢气传感器正处于实验室样机阶段。但与国外企业产品相比，仍存在成本偏高、寿命较短、灵敏度不够等问题，离大规模批量生产、‘走进千家万户’的要求还有一段路要走。”

那么，国内氢气传感器的整体实力和国外企业相比差距在哪呢？倪小龙举了雕刻工艺品的例子来表达观点：“大师和刚进门的学徒雕刻出来的工艺品，其品质和一致性完全不同。做传感器也是同样的道理，国家重视晚，企业起步慢。虽说现在可通过MEMS工艺实现批量生产，但没有专利可言的材料配方以及工艺经验不是靠一朝一夕就能获得的。”

三方联合 打造中高端氢气泄露检测仪器

氢能产业在发展，国产氢气传感器一时未崛起。通过跨国合作将双边的优势和技能进行结合，为中国市场提供更有效的解决方案，成为当下可行的运作模式。“中德2+2氢气传感器项目”就是其中之一。

在这一项目中，山东西微、北理工前沿技术研究院和德国UST环境传感科技有限公司（简称“德国UST”）三方携手、各显所能。

据倪小龙介绍，山东西微作为“中德2+2氢气传感器项目”生产运营方，是中国少数能够大规模生产汽车领域高温温度传感器的企业。比如，其研发生产的550℃“国五”标准的高温温度传感器向广西玉柴累计供货超过30万支。

北理工前沿技术研究院作为中企技术研发方，是北京理工大学与济南市人民政府共建的高水平新型研发机构。其中传感智能技术创新中心由张军院士领衔，其科研团队集聚万人、青千、优青、青长等多学科交叉创新人才队伍。

 

 

图：2019年10月29日，校地签署《共建北京理工大学前沿技术研究院合作协议》

倪小龙告诉记者，“引进海外技术，人家只会告诉你是什么，而不会说为什么、怎么做。有了这样的人才团队，就能接住引进来的技术，不断吸收、消化和再创新，来应对本土环境出现的新问题、新挑战。”

而德国UST是欧洲第二大综合性传感器芯片研发企业，产品广泛应用在大众、宝马、奔驰、斯堪尼亚、MAN及各个德国载重汽车，这家成立30多年的企业，被倪小龙形容为“真正扎根传感器行业的‘隐形冠军’”。

在“中德2+2氢气传感器项目”中，山东西微以德国UST高性能氢气传感器为核心，围绕氢能应用重点领域比如氢燃料电池汽车、加氢站等场景开发生产一系列氢安全监测产品。

手持式氢气泄露检测仪是山东西微引进的第一款典型产品。谈及这款推出便自带“光环”的产品，倪小龙评价称，“在本土几乎没有竞争对手，而是直接与日本等欧美国家产品竞争。其性价比、质量性能、响应时间、量程和一致性、寿命等指标都更占据上风。”

 

 

图：山东西微氢气泄漏检测仪

从产品应用领域上来说，在制、储、运、用4大环节，均需要氢气泄露检测仪器，而山东西微的这款产品采用特制的MOX半导体气体传感器元件，支持自动检测范围切换，探测量程可从低浓度(ppm)到爆炸下限(LEL)，可以做到1款产品适用于氢能制、储、运、用四大环节。

其次是技术上深具创新点。一是拥有极快的响应速度，检测响应时间小于2秒；二是是传感器工作温度保持恒定，不受工作环境温度影响；三是陶瓷膜的特殊设计，大大缩短了传感器的加热和衰减阶段，提高了灵敏度和分辨率。

倪小龙还补充道，德国UST对其产品生产工艺和品种质量力求做到完美极致。其在10年前就已进入中国，具有一定的市场和知晓度，这也造就了山东西微引进的这款仪器，在产品质量以及获得客户信任度上更具竞争力。

关于这款仪器在国内的生产情况，倪小龙表示，“为确保产品质量和性能一致性，山东西微初期以组装散件为主，生产线的一些核心的元器件、材料、设备、自动化的软件平台都实现了中德同步。目前已顺利组装了小批量的产品进行试点试用，2023年有望实现大规模的生产和应用。”

早做布局抓机遇，用本地化策略逐步实现国产化

现如今，政策、资金和科技创新赋能叠加的氢能，不仅渗透到能源的各个方面，更是带动了加氢站、氢燃料电池等各种下游产业的发展。

《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》明确到2025年，燃料电池车辆保有量约5万辆；到2035年，形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。

 

 

图：一辆氢能中运量公交车（左）驶入氢能公交车加气站加气（无人机照片）。

​新华社记者 方喆 摄

作为氢能燃料电池汽车的动力补给站，截止2021年底，中国含有在运行加氢站250座，根据预计到2025年，国内加氢站保有量有望达到1000座。

“单从氢能源汽车领域来说，氢能燃料电池有望复制锂电池发展路径，并在5年后出现拐点。这对氢气泄露检测仪来说将是一片蓝海市场。”除此以外，倪小龙还看到了“氢进万家”科技示范工程中带来的发展机遇。

去年年底，国内首个“绿氢”掺入天然气示范项目在民用终端应用验证方面取得了新进展，多家能源和燃气企业代表共同见证了掺氢天然气在民用燃气具上的成功点火。

“掺氢后，烟气中一氧化碳、氮氧化物含量将发生改变，原有的居民安装的家用天然气报警器便无法适用，取而代之的是氢气和天然气一体化的报警器，这块将是一个量大面广的海量市场。”倪小龙分析道。

氢能下游重点应用场景的扩展步伐越来越快，这是倪小龙乐于看到的行业趋势。那么传感器企业该如何早布局，抢抓市场机遇？他给出了山东西微的一套组合拳式打法。

一方面是做好、做精氢气传感器跟相关的检测仪产品，在德企大量成熟应用的先进基础上，来开发本地化的落地技术。

“光做几款优质产品是无法将企业做大做强的。因此，山东西微还利用北理工前沿技术研究院的科研力量，搭建氢能安全一体化的软硬件监管平台，不断解决行业痛点，满足行业发展需求。”倪小龙对企业生存、壮大之道有着自己的理解。

另一方面在市场规模扩大的基础上，山东西微将不断推进产品生产制造趋向国产化。倪小龙表示，“山东西微未来将与德国UST深化合作，按产品品质要求进行本地化的元器件采购和生产制造。往后再跨一步，有望在国内建设氢气传感器芯片封装产线，逐步提升氢气传感器和检测仪器的国产化率，赋能国内氢能产业良性发展。”